This work was partly supported by grants from the National Institutes of Health (NIH), under grant numbers R01 MH084021, R01 NS067015, R01 AG042753, NS076588, NS029029-20S1, R21 NS078656; and from National Multiple Sclerosis Society, under grant number of RG4707A2.

NOT: protokol Teksas Güneybatı Tıp Merkezi Kurumsal Değerlendirme Kurulu Üniversitesi tarafından onaylanmıştır. Deney öncesi Gaz Dağıtım Sistemi ve Hazırlık Adımları 1. Şeması <ol style="margin-left: 40px;"><li> Gaz dağıtım sistemi (Şekil 1) diyagramı gözden geçirin. % 5 CO 2,% 21 O 2 ve% 74 N 2 içeren bir tıbbi dereceli gaz karışımı ile 200 L Douglas çanta (Ürün no 1) doldurun. </li><li> Tek yönlü gaz akışını sağlamak için iki yönlü olmayan, yeniden soluk valfi (Madde # 3) iki diyafram (4 Ürün #) yerleştirin. Mıknatıs odasına bu monte iki yönlü valf ve gaz dolu Douglas çantası (1 Ürün no) getirin. </li><li> İki yollu vana (Ürün no 3) giriş ucuna gaz dağıtım borusunu (Ürün # 7) bağlayın. Ağırlık destek için baş bobin tarafına gaz dağıtım borusunu (Ürün # 7) takın. Gaz dolu Douglas gaz dağıtım borusu (Ürün # 7) diğer ucunutorba (Ürün # 1). </li><li> Ağızlık (Ürün # 5) dirsek-konnektörü aracılığıyla U-şekilli tüp (Ürün # 12) (gaz örnekleme portu ile Ürün # 13 mühürlü) bağlayın. </li><li> Başka bir dirsek-konnektörü (Ürün # 13) üzerinden U-şekilli tüp (Ürün # 12) gaz örnekleme boru (Ürün no 9) bağlayın. </li><li> Gaz-örnekleme boru (Ürün no 9) diğer ucuna küçük bir hava filtresi (Madde 11.) bağlayın. CO 2 (Öğe # 14) hava filtresi (Madde 11.) diğer ucunu monitör. </li><li> MRG paketi kontrol odasında, CO 2 (Öğe # 14) ve pulse oksimetre (Ürün # 15) monitörlerde açın. CO 2 monitör için bir oto-kalibrasyon gerçekleştirin. </li><li> USB bağlantı noktalarını kullanarak bir dizüstü bilgisayara monitör bağlayın. Monitörler ile iletişim HyperTerminal yazılımını açın. Kez &#39;monitörlerde zamanlayıcı zaman aşağı yazma ve karşılık gelen bir zamanlayıcı ile kere&#39; monitörlerde eşitleyin. Zamanlayıcı zaman ve monitörlerde kez farklar veri pro muhasebeleştirilir olacakbirisi ürün işleme (adım 4.4). </li><li> Çubuğun bir ucu mıknatıs oda içinde olan ve diğer ucu kontrol odasında böylece bir dalga kılavuzu bir sinyal çubuğun bir ucunu. NOT: sinyal çubuğu üç yollu vana geçerken tarama sırasında (Ürün no 2) gerekli mıknatıs oda içinde araştırmacı bilgilendirilmesi için kullanılır. </li></ol> Deney sırasında 2. Prosedürler <ol style="margin-left: 40px;"><li> MRG masaya yalan konuyu isteyin ama / onu henüz mıknatıs deliğine onu koymayın. Onlar tarama sırasında rahatsızlık hissederseniz hemşire çağrı düğmesine basın konuyu söyleyin. Herhangi bir yağ çıkarmak için towelette temizlik bir parça ile yaptığı / burnunu silmek için konuyu isteyin. </li><li> Konu ağız yoluyla nefes ve solunum ritmi kurmak ve sürdürmek için söyleyin. Sonra konuyla ilgili bir burun klip (Ürün # 6) uygulanır. </li><li> El üzerinden iki-yollu vana (Madde # 3) orta noktasına U-şekilli tüp (Ürün # 12) açık ucunuyay konektörü (Ürün # 13). </li><li> Konu ağızlık nefes böylece yavaşça kişinin ağzına ağızlık yerleştirin. Yavaşça konuya parmak ucuna pulse oksimetre (Ürün # 15) parmak sensörü takmak. </li><li> Konunun baş baş bobinin iso-merkezi olduğunu sigortalayın. Mıknatıs deliğin içinde ona / onu yerleştirmek için MRG tabloyu çalıştırın. </li><li> Mıknatıs oda içinde bir araştırmacı kalır konuyu izlemek ve Douglas çanta (Ürün # 1) üç yollu vana geçmek için hazırlıklı olmak emin olun. Araştırmacı kulaklıklar ve MRG gürültü engellemek için kulaklık takmış olduğundan emin olun. </li><li> EtCO 2 ve arteriyel oksijen satürasyonu fraksiyonu CO 2 (Ürün # 14) ve pulse oksimetre (Ürün # 15) monitörlerde görüntülenen (sO 2) parametrelerini kontrol kontrol odasında, mıknatıs odası kapısını kapatın ve. Dizüstü parametrelerin kayıt başlatın. </li><li> Kullanarak taramaya başlamak için MR operatörü talimatKan Oksijenizasyon-Level-Bağımlı (BOLD) dizisi. 3T MR tarayıcı için, BOLD görüntüleme parametreleri şunlardır: TR / TE = 1.500 / 30 msn, Flip açısı = görünümünde = 220 x 220 mm 2, matris = x 64 64, 29 dilim 60 °, tarla, 5 = kalınlığı mm, dilimleri, 361 ciltlik arasında hiçbir boşluk. Supap zamanlaması anahtarlama listede olduğu önceden hazırlanmış sayfasını gözden geçirin ve bir anahtar gerektiğinde hafifçe sinyal çubuğu salıncak. Kalp hızı, sO 2, ve ETCO 2 olmak üzere, öznenin fizyolojisine yakın ilgi. </li><li> Şimdi, mıknatıs oda içinde, Douglas çanta üzerinde konusu ilham gazın türünü kontrol sinyalizasyon çubuğunun hareket dayalı (Madde 1.) geçiş. </li><li> Çalışmanın uzunluğu bu işleme devam edin. 9 dk görüntüleme döneminde, vana anahtarlama yaklaşık her dakika gerçekleşir emin olun. Anahtarın zamanlaması sürece EtCO2 zaman ders olarak kaydedilir, tam kesin olmak zorunda olmadığını unutmayın. &lt;br /&gt; Not: Konu tarama sırasında hemşire çağrı düğmeye basarsa, tarama iptal edilecek ve konu hemen mıknatıs deliğin dışına taşınacaktır. Araştırmacı konudan ağız parçası ve burun klibi kaldıracaktır. </li><li> Tarama tamamlandığında konuyu bildirmek için interkom kullanın. MRG tablosunu çekin. Herhangi bir tükürük silmek için konuya doku temizleme sağlarken yavaşça konudan burun klipsi ve ağızlık çıkarın. Yavaşça konudan pulse oksimetre parmak sensörünü çıkarın. Şahıs daha sonra oturup MRG masadan alabilirsiniz. </li></ol> Deney sonrası 3. Temiz-up İşlemleri <ol style="margin-left: 40px;"><li> Gaz örnekleme hortumu (9 Ürün #), hava filtresi (Madde 11.), ağızlık (5 Ürün #) ve burun klipsi (6 Ürün #) atın. </li><li> Yeniden kullanılabilir bileşenler temizleyin. Diğer bileşenlerden iki-yollu vana (Ürün # 3) ayırın ve (4 Ürün #) vanadan diyafram çıkarın. İki yönlü emmekbu, 20 dakika için bir kap içinde Bacdown deterjan dezenfektan olarak yüzey aktif maddeler içeren valfı (Ürün no 3), diyaframı (Ürün no 4) ve konsantre edilmiş bir fosfat içermeyen dezenfektan olarak U-şeklinde bir boru (Ürün no 12). Deterjan dezenfektan ve damıtılmış su seyreltme oranı 1:64 olan. </li><li> Distile su ile iyice 3.2 tarif öğeleri durulayın. </li><li> Basınçlı hava ile U-şekilli tüp (Ürün # 12) kurutun. Açık tezgah üzerinde iki-yollu vana (Ürün # 3) ve diyafram (4 Ürün #) yerleştirin ve onları kuru doğal ve tamamen bırakın. </li><li> Douglas çanta boşaltın. Sinyal bar ve gri tüp uzağa koyun. </li></ol> 4. Veri Analizi CVR Harita hesapla <ol style="margin-left: 40px;"><li> Dicom dosya biçimi veya herhangi başka bir satıcı özgü biçimde MRG verileri kaydetme. Bir laboratuvar bilgisayara veri aktarmak ve her dosya bir kez noktasına gelen bir 3D hacim (örneğin, KALIN resim) içerdiği hacim-by-hacim dosya serisi, veri dönüştürmek. </li><li> Ön işlem görüntü verileri. Yeniden düzenlenmesi, normalleşme dahil olmak üzere ve yazılım İstatistiksel Parametrik Haritalama (SPM) tarafından sağlanan kütüphane işlevleri çağıran bir komut dosyası kullanarak yumuşatma görüntü ön-işleme adımları uygulayın. Matlab komut bir örnek ek kod dosyasını 1 Bkz. </li><li> CO 2 Kaydı okumak için bir komut dosyası kullan, bir ön-kalibre miktarda zaman kursu kaydırarak örnekleme boru gecikme düzeltmek (örneğin, ağız parçası ve bir nefes arasındaki zaman farkı olarak belirlenen bu kurulum 12 sn CO2 kayıt o nefes) görünümü ve ham zaman serilerinin zarf (pozitif zirveleri) &#39;dir EtCO2 ayıklamak. Matlab komut dosyası için ek kod dosyasını 2 Bkz. </li><li> Senkronizasyon zamanlayıcı dayanarak, bölüm EtCO 2 veri 25 sn önceki son görüntü alımından sonra 100 sn ilk görüntü edinimi sadece kayıt tutmak. EtCO 2 kez dersGiriş damar fonksiyonu ve daha sonra tarif lineer regresyon analizinde bağımsız değişken olarak kullanılmıştır. </li><li> Zaman vardiya değişen bu iki zamanlı kurslar arasında çapraz-korelasyon katsayısı (CC) hesaplanarak (akciğer ölçülen) EtCO 2 ve (beyinde ölçülür) MRG sinyal arasındaki fizyolojik gecikme belirleyin. yüksek CC verir kayma değeri optimal zaman kabul edilir. </li><li> EtCO 2 kez ders optimum gecikme kaydırılır ve MRG sinyal olanlar eşleşen sadece zaman noktaları MRG sinyali olarak aynı uzunlukta olan bir zaman serisi elde korunur. </li><li> Kaymıştır EtCO2 zaman ders bağımlı değişken bağımsız değişken ve MRG sinyal süresi ders olduğu bir voksel-by-voksel lineer regresyon kullanılarak SPM Davranış. </li><li> Hakikat Komisyonunun voksel-by-voksel haritası hesaplayın <img alt="Denklem 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52306/52306eq1.jpg" /> burada, (i, j, k) t,O endeksi voxel, β1 EtCO2 ve β0 ile ilgili regresyon katsayısı sabit terim ile ilgili regresyon katsayısı olmasıdır. min (EtCO 2) Zaman ders ETCO 2 minimum değeri. </li></ol>

<ol>
	<li>Attwell, D., Laughlin, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+energy+budget+for+signaling+in+the+grey+matter+of+the+brain.">An energy budget for signaling in the grey matter of the brain.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 21 (10), 1133-1145 (2001).</li><li>Kety, S. S., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effects+of+Altered+Arterial+Tensions+of+Carbon+Dioxide+and+Oxygen+on+Cerebral+Blood+Flow+and+Cerebral+Oxygen+Consumption+of+Normal+Young+Men.">The Effects of Altered Arterial Tensions of Carbon Dioxide and Oxygen on Cerebral Blood Flow and Cerebral Oxygen Consumption of Normal Young Men.</a> J Clin Invest. 27 (4), 484-492 (1948).</li><li>Krainik, A., Hund-Georgiadis, M., Zysset, S., von Cramon, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+impairment+of+cerebrovascular+reactivity+and+BOLD+signal+in+adults+after+stroke.">Regional impairment of cerebrovascular reactivity and BOLD signal in adults after stroke.</a> Stroke. 36 (6), 1146-1152 (2005).</li><li>Yezhuvath, U. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forebrain-dominant+deficit+in+cerebrovascular+reactivity+in+Alzheimer's+disease.">Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer's disease.</a> Neurobiol Aging. 33 (1), 75-82 (2012).</li><li>Mandell, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+cerebrovascular+reactivity+using+blood+oxygen+level-dependent+MRI+in+Patients+with+arterial+steno-occlusive+disease:+comparison+with+arterial+spin+labeling+MRI.">Mapping cerebrovascular reactivity using blood oxygen level-dependent MRI in Patients with arterial steno-occlusive disease: comparison with arterial spin labeling MRI.</a> Stroke. 39 (7), 2021-2028 (2008).</li><li>Greenberg, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+vessels,+big+problems.">Small vessels, big problems.</a> N Engl J Med. 354 (14), 1451-1453 (2006).</li><li>Hsu, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+oxygenation+level-dependent+MRI+of+cerebral+gliomas+during+breath+holding.">Blood oxygenation level-dependent MRI of cerebral gliomas during breath holding.</a> J Magn Reson Imaging. 19 (2), 160-167 (2004).</li><li>Mikulis, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preoperative+and+postoperative+mapping+of+cerebrovascular+reactivity+in+moyamoya+disease+by+using+blood+oxygen+level-dependent+magnetic+resonance+imaging.">Preoperative and postoperative mapping of cerebrovascular reactivity in moyamoya disease by using blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging.</a> J Neurosurg. 103 (2), 347-355 (2005).</li><li>Han, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BOLD-MRI+cerebrovascular+reactivity+findings+in+cocaine-induced+cerebral+vasculitis.">BOLD-MRI cerebrovascular reactivity findings in cocaine-induced cerebral vasculitis.</a> Nat Clin Pract Neurol. 4 (11), 628-632 (2008).</li><li>Ellingsen, I., Hauge, A., Nicolaysen, G., Thoresen, M., Walloe, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+human+cerebral+blood+flow+due+to+step+changes+in+PAO2+and+PACO2.">Changes in human cerebral blood flow due to step changes in PAO2 and PACO2.</a> Acta Physiol Scand. 129 (2), 157-163 (1987).</li><li>Ide, K., Eliasziw, M., Poulin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+middle+cerebral+artery+blood+velocity+and+end-tidal+PCO2+in+the+hypocapnic-hypercapnic+range+in+humans.">Relationship between middle cerebral artery blood velocity and end-tidal PCO2 in the hypocapnic-hypercapnic range in humans.</a> J Appl Physiol (1985). 95 (1), 129-137 (2003).</li><li>Xie, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebrovascular+response+to+carbon+dioxide+in+patients+with+congestive+heart+failure.">Cerebrovascular response to carbon dioxide in patients with congestive heart failure.</a> Am J Respir Crit Care Med. 172 (3), 371-378 (2005).</li><li>Rostrup, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+differences+in+the+CBF+and+BOLD+responses+to+hypercapnia:+a+combined+PET+and+fMRI+study.">Regional differences in the CBF and BOLD responses to hypercapnia: a combined PET and fMRI study.</a> Neuroimage. 11 (2), 87-97 (2000).</li><li>Zande, F. H., Hofman, P. A., Backes, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+hypercapnia-induced+cerebrovascular+reactivity+using+BOLD+MRI.">Mapping hypercapnia-induced cerebrovascular reactivity using BOLD MRI.</a> Neuroradiology. 47 (2), 114-120 (2005).</li><li>Kastrup, A., Kruger, G., Neumann-Haefelin, T., Moseley, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+cerebrovascular+reactivity+with+functional+magnetic+resonance+imaging+comparison+of+CO(2)+and+breath+holding.">Assessment of cerebrovascular reactivity with functional magnetic resonance imaging comparison of CO(2) and breath holding.</a> Magn Reson Imaging. 19 (1), 13-20 (2001).</li><li>Bright, M. G., Donahue, M. J., Duyn, J. H., Jezzard, P., Bulte, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+basal+vasodilation+on+hypercapnic+and+hypocapnic+reactivity+measured+using+magnetic+resonance+imaging.">The effect of basal vasodilation on hypercapnic and hypocapnic reactivity measured using magnetic resonance imaging.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 31 (2), 426-438 (2011).</li><li>Slessarev, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prospective+targeting+and+control+of+end-tidal+CO2+and+O2+concentrations.">Prospective targeting and control of end-tidal CO2 and O2 concentrations.</a> J Physiol. 581 (3), 1207-1219 (2007).</li><li>Wise, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+forcing+of+end-tidal+carbon+dioxide+and+oxygen+applied+to+functional+magnetic+resonance+imaging).">Dynamic forcing of end-tidal carbon dioxide and oxygen applied to functional magnetic resonance imaging).</a> J Cereb Blood Flow Metab. 27 (8), 1521-1532 (2007).</li><li>Yezhuvath, U. S., Lewis-Amezcua, K., Varghese, R., Xiao, G., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+assessment+of+cerebrovascular+reactivity+using+hypercapnia.">On the assessment of cerebrovascular reactivity using hypercapnia.</a> BOLD MRI. NMR Biomed. 22 (7), 779-786 (2009).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alterations+in+cerebral+metabolic+rate+and+blood+supply+across+the+adult+lifespan.">Alterations in cerebral metabolic rate and blood supply across the adult lifespan.</a> Cereb Cortex. 21 (6), 1426-1434 (2011).</li><li>Marshall, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impaired+cerebral+vascular+reactivity+in+multiple+sclerosis+measured+with+hypercapnia+perfusion+MRI.">Impaired cerebral vascular reactivity in multiple sclerosis measured with hypercapnia perfusion MRI.</a> JAMA Neurology. In press, .</li><li>Thomas, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life-long+aerobic+exercise+preserved+baseline+cerebral+blood+flow+but+reduced+vascular+reactivity+to+CO2.">Life-long aerobic exercise preserved baseline cerebral blood flow but reduced vascular reactivity to CO2.</a> J Magn Reson Imaging. 38 (5), 1177-1183 (2013).</li><li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+differences+in+memory-encoding+fMRI+responses+after+accounting+for+decline+in+vascular+reactivity.">Age-related differences in memory-encoding fMRI responses after accounting for decline in vascular reactivity.</a> Neuroimage. 78, 415-425 (2013).</li><li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+physiologic+modulators+of+fMRI+signals.">A comparison of physiologic modulators of fMRI signals.</a> Hum Brain Mapp. 34 (9), 2078-2088 (2013).</li><li>Zappe, A. C., Uludag, K., Oeltermann, A., Ugurbil, K., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+moderate+hypercapnia+on+neural+activity+in+the+anesthetized+nonhuman+primate.">The influence of moderate hypercapnia on neural activity in the anesthetized nonhuman primate.</a> Cereb Cortex. 18 (11), 2666-2673 (2008).</li><li>Xu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+carbon+dioxide+on+brain+activity+and+metabolism+in+conscious+humans.">The influence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 31 (1), 58-67 (2011).</li><li>Thesen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depression+of+cortical+activity+in+humans+by+mild+hypercapnia.">Depression of cortical activity in humans by mild hypercapnia.</a> Hum Brain Mapp. 33 (3), 715-726 (2012).</li><li>Lu, H., Golay, X., Pekar, J. J., Van Zijl, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+magnetic+resonance+imaging+based+on+changes+in+vascular+space+occupancy.">Functional magnetic resonance imaging based on changes in vascular space occupancy.</a> Magn Reson Med. 50 (2), 263-274 (2003).</li></ol>

HL and PL are inventors of a provisional patent, owned by UT Southwestern Medical Center, that describes part of the gas delivery system.

Bu rapor, MR-uyumlu bir gaz iletim sistemi ve insan beyninde damar tepkimesine haritalanmasını olanak sağlayan kapsamlı bir deney protokolü sunulmaktadır. Gaz dağıtım sisteminin bir şeması Şekil 1&#39;de gösterilmiştir. MRI tarayıcı oda içinde tüm parçalar plastik onların MRG uyumluluğu sağlamak için vardır. Sistem kavramsal bir gaz alımı alt sistemi (çanta, teslimat tüp, iki-yollu vana), bir nefes arayüzü alt sistemi (burun klipsi, ağızlık, U-şekilli tüp) olmak üzere üç alt-sistemleri, bölünmüş, ve olabilir Bir izleme alt sistemi (CO 2 konsantrasyonu, oksijen doygunluğu, kalp hızı, solunum hızı). Gaz giriş alt sistemi gazı, iki yönlü bir valf ulaşmak için teneffüs edilmesini sağlar. Sadece bu alt-sistem üzerinden akacak, hava solunması, ama hava üfledi değil. Solunum arayüzü alt-sistem konu nefes ve amaçlanan gaz dışarı verir. Hem inhale ve üfledi gaz bu alt-sistem üzerinden akacak. monitoring alt sistemi bu nedenle solunum arabirimi alt sistemi boyunca bir noktada gaz örnek gerekir. Bu tekniğin klinik uygulamalar, inme, damar sertliği, ile halen hastalığı, vasküler demans, çoklu skleroz ve beyin tümörü gibi nörolojik hastalıklarda beyin damar rezerv değerlendirmeler içerebilir. Bu teknik aynı zamanda normale veya nöral aktivitenin 23,24 daha iyi ölçümü için fMRI sinyali kalibre fonksiyonel MRI çalışmalarında kullanılabilir. Önerilen sistem ve deney protokolüne önemli bir özelliği, en az bir hareket ya da rahatsızlığa neden olurken gaz karışımı hastaya teslim edilebilmesidir. Bu nedenle, bu U-şeklinde bir boru (Ürün no 12) (ve bunun ucuna bağlanan ağızlık) doğal olarak deneğin ağzına aşağı düşecek şekilde yerleştirmek için çok önemlidir. Bu şekilde, konu tutun veya ağızlık desteklemek için onun yüz kaslarını kullanmaya gerek yoktur. Ayrıca ithalatkarınca konu ağızlık ağızlarına iken konuşmak mümkün olmayacaktır farkında olmak. Bu nedenle, araştırmacı bir soru tonu ile konuya konuşurken kaçınmalısınız. Bunun yerine, sadece açık, kesin talimatlar verilmelidir. Ayrıca, bir araştırmacı deney tüm seyri sırasında fizyolojik parametrelerin (örneğin, EtCO 2, sO 2, kalp hızı, solunum hızı) yakın dikkat etmelidir ve bir ya da fizyolojik parametrelerin daha tipik aralığının dışında ayrılırsanız derhal yanıt . Literatürde kullanılan diğer gaz dağıtım sistemlerinin ayrıntılı bir anket, bu makalenin kapsamı dışındadır olsa da, bir kaç yaygın olarak kullanılan olanlar 17,18 anki sistemi karşılaştırmak için yararlıdır. Bir önemli fark bizim sistem diğer sistemlerin tasarımında bir maske kullanmış ise amaçlanan gazı teslim etmek bir ağızlık kullanıyor olmasıdır. Bir maske kullanarak potansiyel komplikasyonları iki kat vardır. İlk olarak, bir maske oalan önemli bir miktar ccupies, ve her zaman birçok konularda, burunları neredeyse bile bir maske olmadan kafa bobini dokunmatik olacağını, düşünüyor, kafa bobin içindeki dar alana maskeyi uygun mümkün olmayabilir. Bu, özellikle, genellikle deneğin kafasına sıkıca uyacak şekilde tasarlanmıştır yüksek hassasiyet elde etmek için tasarlanan kafa bobinler, böyledir. Bir maske tasarımı ile ilgili ikinci bir komplikasyon inhale ve solunan gazın önemli karıştırma sonuçları Maskenin içinde büyük bir boşluk var olmasıdır. Sonuç olarak, bu ideal solunan gazın sadece dayanmalıdır ETCO 2, ölçüm doğruluğunu etkileyebilir. Doğru EtCO 2 CVR haritanın güvenilirliği için önemli elbette. Diğer sistemlere kıyasla sistemimizin bir diğer önemli farklılık, sistem bir torba yerine, bir gaz tanktan gazın teslim olmasıdır. Bu nedenle, tanklar cont değerli alan tasarrufu, tarayıcı alanında gerekli değildir<html> MRI paketinin rol oda. Bizim tasarım, biz tarama başlamadan önce çanta getirmek ve tarama sonrasında çanta, boşaltılmış katlanır, ve koyma. Son olarak, diğer pek çok sistem 18,21 ile karşılaştırıldığında, mevcut gaz dağıtım sistemi basit, daha az çalışma süresi gerektirir, ve bunun kısımları daha pahalıdır. Bu raporda sunulan protokol öncelikle CO 2 inhalasyon odaklanmış olmasına rağmen, sunulan gaz dağıtım sistemi diğer gaz karışımları (teslim sağlar işaret edilmelidir, örneğin, O 2 herhangi fraksiyonu, CO 2 herhangi fraksiyonu, herhangi bir s / o MRI tarayıcısı içinde yatan ise onlar için bir insana N 2 ve bunların kombinasyonu) fraksiyonu nefes. Bir de elektroensefalogramda (EEG), magnetoencephalogram (MEG), pozitron emisyon tomografisi (PET), veya optimum görüntüleme ile birlikte, örneğin, MR bağlamı dışında gaz dağıtım sistemini kullanabilirsiniz. görüntüleme parametrelerinin bir öneri verirken _content &quot;&gt;, öncelikle KALIN dizisi odaklanmıştır. potansiyel CVR haritalama kullanılabilir başka bir dizi serebral kan akımının bir nicel ölçüsünü verir Arter Spin Etiketleme (ASL) MR, (BKA) olduğunu fizyolojik birimleri (ml kan dakika başına 100 g doku başına) olarak. Bu nedenle, ASL-tabanlı CVR haritalama avantajı sonuçları yanı sıra kan akımı, kan hacminin bir kombine etkisini yansıtmaktadır BOLD sinyal aksine, yorumlamak daha kolay olmasıdır CO 2 meydan 25-27 sırasında beyin metabolik değişikliklerin olası katkıları. Ancak, ASL tekniğinin bir sınırlama duyarlılık BOLD 28 daha birkaç kıvrımlar düşük olmasıdır. Sonuç olarak, bizim deneyim şu anda, o, olduğunu bireysel düzeyde elde etmek son derece zor, böylece ASL. Bu nedenle, Hakikat Komisyonunun uygulama çalışmaları için, biz esas KALIN dizisi kullanmak kullanarak CVR haritası voksel-voksel-by ve ayrıca ou bu tekniğin odaklanmakr öneriler. Bu yöntemin bir sınırlama (bir burun klipsi) tarafından bloke burun ile bir ağızlık yoluyla nefes tamamen doğal değildir ve bazı konular (özellikle hasta) rahatsızlık kaynağı olarak bu algılama olmasıdır. Ağızlık ve burun klipsi ile nefes de klostrofobi hissi şiddetlendirebilir. Ayrıca, konu nedeniyle sadece ağız yoluyla nefes için ağız karşılaşabilirsiniz. Bu nedenle, bu araştırmacı hızla deney tamamlamak için elinden geleni önerilir. Son olarak, bu yazarların deneyimlerine dayanarak, yukarıda belirtilen potansiyel rahatsızlık geçicidir ve kısa sürede deney bittikten gibi kaybolur, dikkat etmek önemlidir.

Beyin tüm vücut ağırlığına göre yaklaşık% 2 temsil eder, ama, toplam enerjinin 1 yaklaşık% 20&#39;sini tüketmektedir. Değil şaşırtıcı, yeterli ve dikkatli düzenlenmiş kan tedarik beyin düzgün çalışması için bu yüksek enerji talebini karşılamak için kritik öneme sahiptir. Ayrıca, beynin farklı bölgeleri farklı zamanlarda kan kaynağının farklı miktarda gerektiren bir uzaysal ve zamansal heterojen dinamik bir organdır. Bu nedenle, kan temini dinamik modülasyonu, insan beyin dolaşımına önemli bir gereksinimi temsil eder. Neyse ki, bu kan damarının önemli bir işlevi dilate ve beynin talep ve fizyolojik koşullara 2 dayalı daraltmak olduğunu kan damarları sadece sert borular olmadığı bilinmektedir ve. Beyin damar Tepkime (CVR) olarak bilinen kap, bu işlevsel özelliği, damar sağlığı için faydalı bir göstergesi halen olduğu düşünülmektedir ve çeşitli nörolojik conditio uygulamalar bulabilirİnme 3, demans 4, ateroskleroz 5, küçük damar hastalıkları 6, beyin tümörü 7, 8 ile halen hastalığı ve ilaç bağımlılığı gibi 9 ns. Fizyoloji ve anestezi Literatürde (örneğin CO2 küçük bir miktarının solunması) vasküler yanıtları 10-13 izlerken arteryel CO2 düzeyi değiştirilerek CO2 gazı güçlü bir damar genişletici olduğu için, CVR değerlendirilebilir olduğu bilinmektedir . Görüntüleme ve radyoloji alanında, MRI kullanarak CVR haritalama hızla birçok temel bilim adamları ve klinisyenler 8,14-19 ilgi yeni bir belirteç olarak ortaya çıkmaktadır. Genellikle çok vasküler yanıt bir vazoaktif meydan tarafından uyarılan nasıl inceleyerek tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, teknik gaz dağıtım sistemi gelişmeler ve deney protokolüne standartlaştırılması için bir ihtiyaç vardır. MR tarayıcı içinde bir konuya özel gaz karışımı teslim önemsiz ve özel hususlar değilMRI uyumlu tasarımı için gereklidir. Özel hususlar MR-uyumlu gaz dağıtım sistemi tasarımı gereklidir. Bu özel hususlar şunlardır: 1) Tüm bileşenleri (Metal MRG içinde kullanılamaz) metalik olmayan olmalıdır; 2) Sistem MRG sistemi ve baş bobin izin verdiği küçük bir alan içinde çalışması gerekir; MRI tarayıcı gerektirir 3) sistem hiçbir rahatsızlık, otururken yerine) (bir yatar pozisyonda çalışmak gerekir; 4) Bu tür end-tidal CO2 (EtCO2, arteriyel kan CO2 içeriği) ve arteriyel oksijen doygunluğu bir yaklaşım olarak ilgili fizyolojik parametreler, zamanlama doğruluk saniye doğru kaydedilmiş ve analiz kullanımı için bir bilgisayarda depolanan edilmelidir. Bu sorunlar, CVR haritalama uygulama sahasını sınırlar. Bu yazıda, söz konusu MR tarayıcı içinde yatan ise ilham gaz içeriğini modüle kapsamlı bir gaz dağıtım sistemini kullanan deneysel bir protokol sundu. BizeBu yaklaşımı ing, araştırmacı non-invaziv minimal rahatsızlık veya toplu hareket ile katılımcıya bir vazoaktif uyarıcı uygulayabilirsiniz. Fizyolojik parametreler ve MR görüntüleri oda hava ve hiperkapnik gaz nefes alternatif bloklar (blok başına 1 dakika) oluşan yaklaşık 9 dakika tüm dönem boyunca kaydedildi. Temsilcisi sonuçları sunulmuştur. Potansiyel uygulamalar ve sınırlamalar ele alınmıştır.

<table><tbody><tr><td>Douglas bag&amp;nbsp;</td><td>Harvard Apparatus</td><td>500942</td><td>200 L capacity</td></tr><tr><td>Three-way valve</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1207</td><td>100% plastic</td></tr><tr><td>Two-way non-rebreathing valve</td><td>Hans Rudolph</td><td>CR1480</td><td>22 mm/15 mm ID</td></tr><tr><td>Diaphragm</td><td>Hans Rudolph</td><td>602021-2608</td><td>Size: medium, Type: spiral</td></tr><tr><td>Mouth piece</td><td>Hans Rudolph</td><td>602076</td><td>Silicone, Model #&amp;nbsp;9061</td></tr><tr><td>Nose clip</td><td>Hans Rudolph</td><td>201413</td><td>Plastic foam, Model #9014</td></tr><tr><td>Gas delivery tube</td><td>Vacumed</td><td>1011-108</td><td></td></tr><tr><td>Blue cuff</td><td>Vacumed</td><td>22254</td><td></td></tr><tr><td>Gas sampling tube</td><td>QoSINA</td><td>T4305</td><td>Thin</td></tr><tr><td>Male luer</td><td>QoSINA</td><td>11547</td><td></td></tr><tr><td>Hydrophobic filter</td><td>Philips Medical Systems</td><td>9906-00</td><td>Disposable</td></tr><tr><td>U-shape tube</td><td>Made in-house</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elbow connector</td><td>QoSINA</td><td>51033</td><td></td></tr><tr><td>EtCO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; monitor</td><td>Philips Medical Systems</td><td>Model 1265</td><td></td></tr><tr><td>Pulse oximetry&amp;nbsp;</td><td>Invivo</td><td>Expression</td><td>MRI Monitoring Systems</td></tr><tr><td>MRI scanner&amp;nbsp;</td><td>Philips</td><td>Achieva 3.0T TX</td><td></td></tr><tr><td>Disinfectant</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-13</td><td>Decon BDD Bacdown Detergent Disinfectant</td></tr></tbody></table>

mri mapping of cerebrovascular reactivity via gas inhalation challenges

Beyin, farklı bölgelerde farklı zamanlarda kan kaynağının farklı miktarda gerektiren bir uzaysal ve zamansal heterojen dinamik bir organdır. Bu nedenle, dilate veya daraltmak için kan damarlarının yeteneği, Serebral Vasküler-Tepkime (CVR) olarak bilinen, vasküler fonksiyonun önemli bir etki gösterir. Bu dinamik özelliği temsil eden bir görüntüleme işaret, felç, bunama, ateroskleroz, küçük damar hastalıkları, beyin tümörü, travmatik beyin hasarı, ve multipl skleroz gibi, normal ve hastalıklı koşullar altında beyin damarlarının yeni bilgiler sağlayacaktır. İnsanlarda ölçüm bu tür gerçekleştirmek için, nicel beyin manyetik rezonans görüntüleme (MR) elde edilirken ve / veya O 2 gaz karışımı, mesela CO2 gibi bir vazoaktif uyarıcı sağlamak için gereklidir. Bu çalışmada, biz, örneğin özel gaz karışımları teslim izin veren MR uyumlu gaz-dağıtım sistemi ve ilişkili protokol (sundu </em&gt; O 2, CO 2, N 2, ve bunların kombinasyonları) Konu MRI tarayıcısı içinde yatan iken. Bu sistem, nispeten basit, ekonomik ve kullanımı kolay ve deneysel protokol nörolojik bozukluklar, sağlıklı gönüllüler ve hastalar hem de Hakikat doğru eşleme sağlar. Bu yaklaşım, geniş klinik uygulamalarda ve beyin damar patofizyolojisi daha iyi anlaşılması kullanılmak üzere potansiyeline sahiptir. Video, bir MRI paketi içinde sistemi kurmak ve nasıl bir insan katılımcı üzerinde tam bir deney gerçekleştirmek için nasıl göstermek.

Iki veri türleri. Önerilen protokol, fizyolojik kayıtları ve MR görüntüleri ile toplanan bir temsilci denekten alınan fizyolojik parametrelerin 2 ve 3 kayıtları Şekil edilir. Şekil Siyah iz 2 görüntüler ağızlık yakın örneklenmiş havadaki CO 2 içeriğini temsil CO 2 monitör, tarafından kaydedilen CO 2 kez kursu. Bu izleme, zamanın bir fonksiyonu olarak hızlı bir şekilde dalgalanmalar unutmayın. Solunum döngüsü inhalasyon aşamasında, bu kayıt teneffüs havasındaki CO 2 içeriği yansıtır ve ekshalasyon aşamasında, bu kayıt solunan havadaki CO 2 içeriği yansıtır, çünkü bu. Bu nedenle, her bir solunum döngüsünde üst tepe, soluk sonu CO2 veya EtCO 2, yaklaşık olarak arteryel CO2 konsantrasyonu olarak kullanılabilir akciğer, CO2 içeriğini temsil olarak anılacaktır. Not inciCO arteriyel kandaki 2 konsantrasyonu vazodilatatör yanıt itici güç, yani, giriş fonksiyonudur. CO 2 iz (Şekil 2 kırmızı eğri) doruklarına manuel muayene ve düzeltme ile birlikte, her nefes sırasında tepe arar bir algılama algoritması ile tasvir edilmiştir. Bu nedeni kısmi nefes ani doruklarına çıkarmak ve serebral damarlar pulmoner damarlardan akış seyri sırasında kan karıştırma hesabını medyan filtreleme izledi. Nihai EtCO 2 zaman süreci, Şekil 2&#39;de yeşil eğri ile gösterilir ve Hakikat hesaplanmasında kullanılır. Şekil 3 solunum hızı, arteriyel oksijen satürasyonu fraksiyonu (sO 2), ve kalp hızının zaman derslerini gösterir. sO 2 ve kalp hızı pulse oksimetre elde edilirken nefes oranı CO 2 monitörden elde edilir. S olabilir gibieen, bu parametreler hiperkapni meydan okuma ile bir sistematik değişiklik görünmüyor. Böylece akciğer O 2 kısmi basıncı alçakgönüllülükle artacak, konu hiperventilasyonu neden olmadığını hiperkapni unutmayın. Kan hemoglobin zaten büyük ölçüde oda hava nefes doymuş ve oksijen ayrışma eğrisi bu aralığa oldukça düz olduğu gibi Ancak, SO 2 üzerindeki etkisi çok az. Şekil 4 deney farklı zamanda temsili BOLD MR görüntüleri gösterir. (keyfi MR birimlerinde) ortalama sinyal yoğunluğu da gösterilir. Bu beyinde BOLD sinyal CO 2 inhalasyon ile artış gösterdiği görülmektedir. Oda-hava ve CO 2 dönem arasındaki sinyal farkı genlik% 1-3 mertebesinde olduğunu unutmayın. Fizyolojik kayıtları ve MR görüntüleri verileri birleştirerek, bir voksel-by-voksel CVR haritası hesaplanabilir. Şekil 5 temsilciSonuç mükemmel yeniden üretimini gösteren Beş farklı günde, taranan sağlıklı bir bireydeki (mmHg CO2 değişiklik başına% sinyal değişimi biriminde) CVR haritalar. Önerilen teknik, bugüne kadar 20, Alzheimer Hastalığı 4, Multipl Skleroz 21, ve egzersiz eğitimi 22 yaşlanma çalışmalarda uygulanmıştır. <img alt="Şekil 1," src="/files/ftp_upload/52306/52306fig1highres.jpg" /> Şekil 1. Gaz dağıtım sisteminin şeması. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52306/52306fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52306/52306fig2highres.jpg" /> Temsili bir konu du dan Şekil 2. CO 2 zamanlı dersDenemeyi halka. Oda hava solunum döneminde (sol alt) ve% 5 CO 2 inhalasyon dönemi (sağ alt) için gösterilen CO 2 monitör tarafından kaydedilen nefes by-nefes CO 2 içerik iz Bölümleri. Ayıklanan EtCO 2 zamanlı kurslar renkli eğriler gösterilmiştir. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52306/52306fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/52306/52306fig3highres.jpg" /> Şekil 3. Kaydedilmiş deney sırasında bir temsilci konudan fizyolojisi parametreleri. (A) Solunum hızı (bpm dakikada nefes) konunun zaman ders. (B) sO konu 2 (%) Zaman kursu. (C) Kalp oranı (dakika başına yendi bpm) konunun zaman ders. tabidir<html> Şekil 1&#39;de aynı bir. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52306/52306fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/52306/52306fig4highres.jpg" /> Şekil deney farklı bir zamanda 4. Temsilcisi BOLD MR görüntüleri. Görüntülenen beyin dilim ortalama sinyal yoğunlukları (MNI uzayda eksenel dilim # 54) alt satırda gösterilmektedir. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52306/52306fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/52306/52306fig5highres.jpg" /> Şekil temsili konu 5. Temsilcisi CVR haritası..jove.com / files / ftp_upload / 52306 / 52306fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.

Watch this Scientific Journal Video about MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges at JoVE.com

MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

Non-invasive imaging of the brain vasculature&#8217;s ability to dilate or constrict may allow a better understanding of cerebrovascular pathophysiology in various neurological diseases. The present report describes a reproducible and patient-comfortable protocol to perform vascular reactivity imaging in humans using magnetic resonance imaging (MRI).

Gaz Soluma Zorluklar yoluyla Serebrovasküler Reaktivitesinin MRG Haritalama

The brain is a spatially heterogeneous and temporally dynamic organ, with different regions requiring different amount of blood supply at different time. ...

mri-mapping-cerebrovascular-reactivity-via-gas-inhalation

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Medicine

13.9K Görüntüleme.  University of Texas Southwestern Medical Center. Non-invasive imaging of the brain vasculature’s ability to dilate or constrict may allow a better understanding of cerebrovascular pathophysiology in various neurological diseases. The present report describes a reproducible and patient-comfortable protocol to perform vascular reactivity imaging in humans using magnetic resonance imaging (MRI).

Video: MRI Mapping of Cerebrovascular Reactivity via Gas Inhalation Challenges

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, fraction (FIO2) = 0.21) hypoxia (FIO2 = 0.125), and hyperoxia 
(FIO2 = 1.00). In addition, the physiological responses of the subject are monitored in the MR scan environment. MR images 
were obtained on a 1.5 T GE MRI scanner during a breath hold from a sagittal slice in the right lung at functional residual capacity. An arterial 
spin labeling sequence (ASL-FAIRER) was used to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow 1,2 and a multi-echo fast 
gradient echo (mGRE) sequence 3 was used to quantify the regional proton (i.e. H2O) density, allowing the quantification 
of density-normalized perfusion for each voxel (milliliters blood per minute per gram lung tissue). 
With a pneumatic switching valve and facemask equipped with a 2-way non-rebreathing valve, different oxygen concentrations 
were introduced to the subject in the MR scanner through the inspired gas tubing. A metabolic cart collected expiratory gas via expiratory tubing. Mixed expiratory O2 and CO2 concentrations, oxygen consumption, carbon dioxide production, respiratory exchange ratio, 
respiratory frequency and tidal volume were measured. Heart rate and oxygen saturation were monitored using pulse-oximetry. 
Data obtained from a normal subject showed that, as expected, heart rate was higher in hypoxia (60 bpm) than during normoxia (51) or hyperoxia (50) and the arterial oxygen saturation (SpO2) was reduced during hypoxia to 86%. Mean ventilation was 8.31 L/min BTPS during hypoxia, 7.04 L/min during normoxia, and 6.64 L/min during hyperoxia. Tidal volume was 0.76 L during hypoxia, 0.69 L during normoxia, and 0.67 L during hyperoxia. 
Representative quantified ASL data showed that the mean density normalized perfusion was 8.86 ml/min/g during hypoxia, 8.26 ml/min/g during normoxia and 8.46 ml/min/g during hyperoxia, respectively. In this subject, the relative dispersion4, an index of global heterogeneity, was increased in hypoxia (1.07 during hypoxia, 0.85 during normoxia, and 0.87 during hyperoxia) while the fractal dimension (Ds), another index of heterogeneity reflecting vascular branching structure, was unchanged (1.24 during hypoxia, 1.26 during normoxia, and 1.26 during hyperoxia). 
Overview. This protocol will demonstrate the acquisition of data to measure the distribution of pulmonary perfusion noninvasively under conditions of normoxia, hypoxia, and hyperoxia using a magnetic resonance imaging technique known as arterial spin labeling (ASL). 
Rationale: Measurement of pulmonary blood flow and lung proton density using MR technique offers high spatial resolution images which can be quantified and the ability to perform repeated measurements under several different physiological conditions. In human studies, PET, SPECT, and CT are commonly used as the alternative techniques. However, these techniques involve exposure to ionizing radiation, and thus are not suitable for repeated measurements in human subjects.

A MR imaging method to study the distribution of pulmonary blood flow under a variety of physiological conditions, in this case exposure to three different inspired oxygen concentrations: hypoxia, normoxia, and hyperoxia, is described. This technique utilizes human pulmonary physiology research techniques in an MR scanning environment.

Akciğer Perfüzyon Kalibreli Arter Spin Etiketleme kullanarak Manyetik Rezonans Görüntüleme Niceleme

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, ...

Tıp

The Use of Pharmacological-challenge fMRI in Pre-clinical Research: Application to the 5-HT System

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel underlying neurobiological mechanisms behind drug action and neurotransmitter-related disorders, such as depression and ADHD. Like most of the imaging methods (PET, SPECT, CT) it represents a progress in the investigation of brain disorders and the related function of neurotransmitter pathways in a non-invasive way with respect of the overall neuronal connectivity. Moreover it also provides the ideal tool for translation to clinical investigations. MRI, while still behind in molecular imaging strategies compared to PET and SPECT, has the great advantage to have a high spatial resolution and no need for the injection of a contrast-agent or radio-labeled molecules, thereby avoiding the repetitive exposure to ionizing radiations. Functional MRI (fMRI) is extensively used in research and clinical setting, where it is generally combined with a psycho-motor task. phMRI is an adaptation of fMRI enabling the investigation of a specific neurotransmitter system, such as serotonin (5-HT), under physiological or pathological conditions following activation via administration of a specific challenging drug.
The aim of the method described here is to assess brain 5-HT function in free-breathing animals. By challenging the 5-HT system while simultaneously acquiring functional MR images over time, the response of the brain to this challenge can be visualized. Several studies in animals have already demonstrated that drug-induced increases in extracellular levels of e.g. 5-HT (releasing agents, selective re-uptake blockers, etc) evoke region-specific changes in blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signals (signal due to a change of the oxygenated/deoxygenated hemoglobin levels occurring during brain activation through an increase of the blood supply to supply the oxygen and glucose to the demanding neurons) providing an index of neurotransmitter function. It has also been shown that these effects can be reversed by treatments that decrease 5-HT availability16,13,18,7. In adult rats, BOLD signal changes following acute SSRI administration have been described in several 5-HT related brain regions, i.e. cortical areas, hippocampus, hypothalamus and thalamus9,16,15. Stimulation of the 5-HT system and its response to this challenge can be thus used as a measure of its function in both animals and humans2,11.

The goal of this technique is to assess serotonin (5-HT) neurotransmitter function in the live and free-breathing animal with pharmacological magnetic resonance imaging (phMRI) and an intravenous challenge with a selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI), fluoxetine.

Pre-klinik araştırma Farmakolojik-meydan fMRI Kullanımı: 5-HT Sistemi Uygulaması

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel ...

Functional Imaging with Reinforcement, Eyetracking, and Physiological Monitoring

We use functional brain imaging (fMRI) to study neural circuits that underlie decision-making.  To understand how outcomes affect decision processes, simple perceptual tasks are combined with appetitive and aversive reinforcement.  However, the use of reinforcers such as juice and airpuffs can create challenges for fMRI.  Reinforcer delivery can cause head movement, which creates artifacts in the fMRI signal.  Reinforcement can also lead to changes in heart rate and respiration that are mediated by autonomic pathways.  Changes in heart rate and respiration can directly affect the fMRI (BOLD) signal in the brain and can be confounded with signal changes that are due to neural activity.  In this presentation, we demonstrate methods for administering reinforcers in a controlled manner, for stabilizing the head, and for measuring pulse and respiration.

This presentation demonstrates the use of fMRI to study neural circuits that underlie decision-making. Simple perceptual tasks are combined with appetitive and aversive reinforcements to investigate how outcomes affect decision processes.

Takviye, Eyetracking ve Fizyolojik İzleme Fonksiyonel Görüntüleme

We use functional brain imaging (fMRI) to study neural circuits that underlie decision-making.  To understand how outcomes affect decision processes, ...

Biyoloji

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

Fare Serebral Hipoksi-iskemi sırasında Eşzamanlı PET / MR Görüntüleme

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Retinal Vascular Reactivity as Assessed by Optical Coherence Tomography Angiography

The vascular supply to the retina has been shown to dynamically adapt through vasoconstriction and vasodilation to accommodate the metabolic demands of the retina. This process, referred to as retinal vascular reactivity (RVR), is mediated by neurovascular coupling, which is impaired very early in retinal vascular diseases such as diabetic retinopathy. Therefore, a clinically feasible method of assessing vascular function may be of significant interest in both research and clinical settings. Recently, in vivo imaging of the retinal vasculature at the capillary level has been made possible by the FDA approval of optical coherence tomography angiography (OCTA), a noninvasive, minimal risk and dyeless angiography method with capillary level resolution. Concurrently, physiological and pathological changes in RVR have been shown by several investigators. The method shown in this manuscript is designed to investigate RVR using OCTA with no need for alterations to the clinical imaging procedures or device. It demonstrates real time imaging of the retina and retinal vasculature during exposure to hypercapnic or hyperoxic conditions. The exam is easily performed with two personnel in under 30 min with minimal subject discomfort or risk. This method is adaptable to other ophthalmic imaging devices and the applications may vary based on the composition of the gas mixture and patient population. A strength of this method is that it allows for an investigation of retinal vascular function at the capillary level in human subjects in vivo. Limitations of this method are largely those of OCTA and other retinal imaging methods including imaging artifacts and a restricted dynamic range. The results obtained from the method are OCT and OCTA images of the retina. These images are amenable to any analysis that is possible on commercially available OCT or OCTA devices. The general method, however, can be adapted to any form of ophthalmic imaging.

This article describes a method for measuring retinal vasculature reactivity in vivo with human subjects using a gas breathing provocation technique to deliver vasoactive stimuli while acquiring retinal images.

Optik Koherens Tomografi Anjiyografi ile Değerlendirilen Retinal Vasküler Reaktivite

The vascular supply to the retina has been shown to dynamically adapt through vasoconstriction and vasodilation to accommodate the metabolic demands of ...

Nörobilim

Cerebrovascular Reactivity Measurement with Functional Near Infrared Spectroscopy

Cerebrovascular reactivity (CVR) is the capacity of blood vessels in the brain to alter cerebral blood flow (either with dilation or constriction) in response to chemical or physical stimuli. The amount of reactivity in the cerebral microvasculature depends on the integrity of the capacitance vasculature and is the primary function of endothelial cells. CVR is, therefore, an indicator of the microvasculature&#8217;s physiology and overall health. Imaging methods that can measure CVR are available but can be costly, and require magnetic resonance imaging centers and technical expertise. In this study, we used fNIRS technology to monitor changes of oxyhemoglobin (HbO) and deoxyhemoglobin (HbR) in the cerebral microvasculature to assess the CVR of 15 healthy controls (HC) in response to a vasoactive stimulus (inhaled 5% carbon dioxide or CO2). Our results suggest that this is a promising imaging technology that offers a non-invasive, accurate, portable, and cost-effective method of mapping cortical CVR and associated microvasculature function, resulting from a traumatic brain injury or other conditions associated with cerebral microvasculopathy.

Presented here is a protocol for imaging and measurement of cerebrovascular reactivity in humans with functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS). fNIRS is a novel imaging modality that captures the concentration changes of hemoglobin species in the brain&#8217;s outermost cortex under specific stimuli.

Cerebrovascular reactivity (CVR) is the capacity of blood vessels in the brain to alter cerebral blood flow (either with dilation or constriction) in ...

Quantitative Mapping of Specific Ventilation in the Human Lung using Proton Magnetic Resonance Imaging and Oxygen as a Contrast Agent

Specific ventilation imaging (SVI) is a functional magnetic resonance imaging technique capable of quantifying specific ventilation &#8213; the ratio of the fresh gas entering a lung region divided by the region&#8217;s end-expiratory volume &#8213; in the human lung, using only inhaled oxygen as a contrast agent. Regional quantification of specific ventilation has the potential to help identify areas of pathologic lung function. Oxygen in solution in tissue shortens the tissue&#8217;s longitudinal relaxation time (T1), and thus a change in tissue oxygenation can be detected as a change in T1-weighted signal with an inversion recovery acquired image. Following an abrupt change between two concentrations of inspired oxygen, the rate at which lung tissue within a voxel equilibrates to a new steady-state reflects the rate at which resident gas is being replaced by inhaled gas. This rate is determined by specific ventilation. To elicit this sudden change in oxygenation, subjects alternately breathe 20-breath blocks of air (21% oxygen) and 100% oxygen while in the MRI scanner. A stepwise change in inspired oxygen fraction is achieved through use of a custom three-dimensional (3D)-printed flow bypass system with a manual switch during a short end-expiratory breath hold. To detect the corresponding change in T1, a global inversion pulse followed by a single shot fast spin echo sequence was used to acquire two-dimensional T1-weighted images in a 1.5&#160;T MRI scanner, using an eight-element torso coil. Both single slice and multi-slice imaging are possible, with slightly different imaging parameters. Quantification of specific ventilation is achieved by correlating the time-course of signal intensity for each lung voxel with a library of simulated responses to the air/oxygen stimulus. SVI estimations of specific ventilation heterogeneity have been validated against multiple breath washout and proved to accurately determine the heterogeneity of the specific ventilation distribution.

Specific ventilation imaging is a functional magnetic resonance imaging technique that allows for quantification of regional specific ventilation in the human lung, using inhaled oxygen as a contrast agent. Here, we present a protocol to collect and analyze specific ventilation imaging data.

Proton manyetik rezonans görüntüleme ve oksijen kontrast ajan olarak kullanarak ınsan akciğerinde spesifik havalandırma niceliksel haritalama

Specific ventilation imaging (SVI) is a functional magnetic resonance imaging technique capable of quantifying specific ventilation &#8213; the ratio of ...

Oxygenation-sensitive Cardiac MRI with Vasoactive Breathing Maneuvers for the Non-invasive Assessment of Coronary Microvascular Dysfunction

Oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging (OS-CMR) is a diagnostic technique that uses the inherent paramagnetic properties of deoxyhemoglobin as an endogenous source of tissue contrast. Used in combination with standardized vasoactive breathing maneuvers (hyperventilation and apnea) as a potent non-pharmacologic vasomotor stimulus, OS-CMR can monitor changes in myocardial oxygenation. Quantifying such changes during the cardiac cycle and throughout vasoactive maneuvers can provide markers for coronary macro- and microvascular function and thereby circumvent the need for any extrinsic, intravenous contrast or pharmacologic stress agents.
OS-CMR uses the well-known sensitivity of T2*-weighted images to blood oxygenation. Oxygenation-sensitive images can be acquired on any cardiac MRI scanner using a modified standard clinical steady-state free precession (SSFP) cine sequence, making this technique vendor-agnostic and easily implemented. As a vasoactive breathing maneuver, we apply a 4-min breathing protocol of 120 s of free breathing, 60 s of paced hyperventilation, followed by an expiratory breath-hold of at least 30 s. The regional and global response of myocardial tissue oxygenation to this maneuver can be assessed by tracking the signal intensity change. The change over the initial 30 s of the post-hyperventilation breath-hold, referred to as the breathing-induced myocardial oxygenation reserve (B-MORE) has been studied in healthy people and various pathologies. A detailed protocol for performing oxygen-sensitive CMR scans with vasoactive maneuvers is provided.
As demonstrated in patients with microvascular dysfunction in yet incompletely understood conditions, such as inducible ischemia with no obstructive coronary artery stenosis (INOCA), heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF), or microvascular dysfunction after heart transplantation, this approach provides unique, clinically important, and complementary information on coronary vascular function.

The assessment of microvascular function by oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging in combination with vasoactive breathing maneuvers is unique in its ability to assess rapid dynamic changes in myocardial oxygenation in vivo and, thus, may serve as a critically important diagnostic technique for coronary vascular function.

Koroner Mikrovasküler Disfonksiyonun Non-invaziv Değerlendirmesi için Vazoaktif Solunum Manevraları ile Oksijenasyona Duyarlı Kardiyak MRG

Oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging (OS-CMR) is a diagnostic technique that uses the inherent paramagnetic properties of ...

PET-CT Scanning for Multi-Tracer Study of Cerebral Oxygen and Glucose Metabolism

Multi-Tracer Studies of Brain Oxygen and Glucose Metabolism Using a Time-of-Flight Positron Emission Tomography-Computed Tomography Scanner

The authors have developed a paradigm using positron emission tomography (PET) with multiple radiopharmaceutical tracers that combines measurements of cerebral metabolic rate of glucose (CMRGlc), cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2), cerebral blood flow (CBF), and cerebral blood volume (CBV), culminating in estimates of brain aerobic glycolysis (AG). These in vivo estimates of oxidative and non-oxidative glucose metabolism are pertinent to the study of the human brain in health and disease. The latest positron emission tomography-computed tomography (PET-CT) scanners provide time-of-flight (TOF) imaging and critical improvements in spatial resolution and reduction of artifacts. This has led to significantly improved imaging with lower radiotracer doses.
Optimized methods for the latest PET-CT scanners involve administering a sequence of inhaled 15O-labeled carbon monoxide (CO) and oxygen (O2), intravenous 15O-labeled water (H2O), and 18F-deoxyglucose (FDG)-all within 2-h or 3-h scan sessions that yield high-resolution, quantitative measurements of CMRGlc, CMRO2, CBF, CBV, and AG. This methods paper describes practical aspects of scanning designed for quantifying brain metabolism with tracer kinetic models and arterial blood samples and provides examples of imaging measurements of human brain metabolism.

Quantitative measurements of oxygen and glucose metabolism by PET are established technologies, but details of practical protocols are sparsely described in the literature. This paper presents a practical protocol successfully implemented on a state-of-the-art positron emission tomography-computed tomography scanner.

The authors have developed a paradigm using positron emission tomography (PET) with multiple radiopharmaceutical tracers that combines measurements of ...

Serebral kan akışını tespit etmek ve izlemek için MRI-Arteriyel spin etiketleme entegrasyonu 

Construction and Application of Cerebral Functional Region-Based Cerebral Blood Flow Atlas Using Magnetic Resonance Imaging-Arterial Spin Labeling

Cerebral conditions often require precise diagnosis and monitoring, necessitating advanced imaging techniques. Current modalities may not adequately detect early signs of reversible tissue damage, underlining the need for innovative diagnostic tools that can quantify changes in cerebral blood flow (CBF) with high specificity and sensitivity.&#160;This study integrates three-dimensional arterial spin labeling (3D-ASL) with structural MRI to develop comprehensive CBF atlases that cover all main functional regions of the brain. This innovative magnetic resonance imaging- arterial spin labeling (MRI-ASL) methodology provides a rapid and noninvasive means of quantifying region-specific CBF, offering a detailed view of CBF levels across different functional regions.The comparison between chronic cerebral ischemia (CCI) patients and healthy subjects revealed significantly diminished CBF across the cerebral functional regions in the constructed CBF atlases for the former. This approach not only allows for the efficient identification of CCI by analyzing concurrent decreases in CBF across critical areas relative to healthy distributions but also enables the tracking of treatment responses and rehabilitation progress through longitudinal CBF atlases.The CBF atlas developed using the MRI-ASL technique represents a novel advancement in the field of cerebral diagnostics and patient care. By comparing regional CBF levels against normative standards, this method enhances diagnostic capabilities, enabling clinicians to provide personalized care to patients with cerebral conditions.

Yazar Spotlight: Nörolojik Bozuklukların Teşhisi için İnsan Fonksiyonel Beyin Bölgesinde Noninvaziv Serebral Kan Akışı Tayini

This study integrated magnetic resonance imaging- arterial spin labeling images to derive cerebral blood flow (CBF) atlas for cerebral functional regions. Comparing typical healthy and chronic cerebral ischemia CBF atlases revealed significant differences in regional CBF distributions, enabling rapid, noninvasive assessments of functional CBF to assist in diagnosis and evaluate therapeutics.

Manyetik Rezonans Görüntüleme-Arteriyel Spin Etiketleme Kullanılarak Serebral Fonksiyonel Bölge Tabanlı Serebral Kan Akış Atlasının Yapımı ve Uygulaması

Cerebral conditions often require precise diagnosis and monitoring, necessitating advanced imaging techniques. Current modalities may not adequately ...